以下、本発明の実施形態を図面に従って説 明する。

 この実施形態の固定型等速自在継手は、� ��えば自動車のドライブシャフトの固定側(車 輪側)に配置されるもので、図1と図2に示すよ うに、内径面31に複数(8個)のトラック溝32が� �周方向等間隔に軸方向に沿って形成された� �側継手部材としての外輪33と、外径面34に外� ��33のトラック溝32と対をなす複数(8個)のトラ ック溝35が円周方向等間隔に軸方向に沿って� ��成された内側継手部材としての内輪36と、� �輪33のトラック溝32と内輪36のトラック溝35と が協働して形成される8本のボールトラック� �それぞれ配された8個のトルク伝達ボール37� �、外輪33の内径面31と内輪36の外径面34との間 に介在してボール37を保持するケージ38とを� �えている。ケージ38には、ボール37が収容さ� ��る窓部39が周方向に沿って複数配設されて� �る。なお、内輪36の内径面に軸部を連結する ための歯型(セレーション又はスプライン)36a� ��形成している。

 外輪33のトラック溝32は、トラック溝ボー ル中心軌跡線が曲線部(円弧部)となる奥側ト� ��ック溝32aと、トラック溝ボール中心軌跡線� ��外輪軸線と平行なストレート部となる開口� ��トラック溝32bとからなる。また、内輪36の� �ラック溝35は、トラック溝ボール中心軌跡線 が内輪軸線と平行なストレート部となる奥側 トラック溝35aと、トラック溝ボール中心軌跡 線が曲線部(円弧部)となる開口側トラック溝3 5bとからなる。

 外輪33のトラック溝32や内輪36のトラック� ��35は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削� �加工等にて成形したゴシックアーチ状であ� �。図3に示すように、ゴシックアーチ状とす� ��ことによって、トラック溝32、35とボール37� ��アンギュラ接触となっている。すなわち、� ��ール37は、外輪33のトラック溝32と2点C11,C12� �接触し、内輪36のトラック溝35と2点C21,C22で� �触する形状となっている。ボール37の中心Ob� ��継手中心Ojを通る線分P1に対するボール37の� ��心Obと各トラック溝32,35との接触点C11,C12,C21, C22とのなす角度が、接触角αである。各接触� ��C11,C12,C21,C22の接触角αはすべて等しく設定� �れている。

 図1と図2においては、継手の作動角θが0° の状態を示しており、この状態では、外輪33� ��軸線と内輪36の軸線とが直線X上で一致し、� ��た、全てのトルク伝達ボール37の中心Obを含 む平面Pは直線Xと直交する。以下、直線Xを継 手中心軸線X、平面Pを継手中心面P、継手中心 面Pと継手中心軸線Xとの交点を継手中心Ojと� �う。

 図2に示すように、外輪33のトラック溝32� �奥側トラック溝32aの中心(曲率中心)O2は、継� ��中心面Pから継手開口側(図2で右側)に軸方向 距離Fだけ離間し、かつ、継手中心軸線Xから� ��のトラック溝32に対して半径方向反対側に� �径方向距離frだけ離間した位置にオフセット されている。また、内輪36のトラック溝35の� �口側トラック溝35bの中心O1は、継手中心面P� �ら継手奥部側(同図で左側)に軸方向距離Fだ� �離間し、かつ、継手中心軸線Xからこのトラ� ��ク溝35に対して半径方向反対側に半径方向� �離frだけ離間した位置にオフセットされてい る。

 以下、トラック溝32,35の中心O2、O1と継手� ��心面Pとの軸方向距離(F)を軸方向オフセット 量F、曲率中心O2、O1と継手中心軸線Xとの半径 方向距離(fr)を半径方向オフセット量frという 。尚、この実施形態において、外輪33のトラ� ��ク溝32と内輪36のトラック溝35とは、軸方向� ��フセット量Fが相等しく、また、半径方向オ フセット量frが相等しい。

 また、この実施形態では、ケージ38の外� �面38aの中心O4、および、ケージ38の内球面38b� ��中心O3は、いずれも、継手中心Oj上にある。

 図1に示すように、外輪33のトラック溝32� �中心(曲率中心)O2又は内輪36のトラック溝35の 中心(曲率中心)O1とトルク伝達ボール37の中心 Obとの間の距離をRtとし、外輪33のトラック溝 32の中心O2又は内輪36のトラック溝35の中心O1� �継手中心面Pとの間の軸方向距離(前記軸方向 オフセット量)をFとしたとき、FとRtとの比R1(= F/Rt)が0.061≦R1≦0.087であるように設定する。� ��のため、このR1はオフセット(軸方向オフセ� ��ト)の程度を表す値と呼ぶことができる。

 また、外輪33のトラック溝32の中心(曲率� �心)O2又は内輪36のトラック溝35の中心(曲率中 心)O1と継手中心軸線Xまでの距離である半径� �向オフセット量をfrとしたとき、frとRtとの� �R3(=fr/Rt)が0.07≦R3≦0.19であるように設定する 。このため、R3をオフセット(半径方向オフセ ット)の程度を表す値と呼ぶことができる。

 次に、図4と図5は本発明の第2の実施形態� ��示している。図5に示すうに、ケージ38の外� ��面中心O4が継手中心Ojよりも内輪36のトラッ� ��溝の中心O1側に配置されるともに、ケージ38 の内球面中心O3が継手中心Ojよりも外輪33のト ラック溝の中心O2側に配置されている。すな� ��ち、ケージ38の外球面中心O4とケージ38の内� ��面中心O3とが、継手中心Ojに対して軸線方向 にそれぞれfcだけオフセットされている。こ� ��ようなケージオフセットタイプのものを、� ��14のトラック方向ケージオフセットと呼ぶ� �に対向して、反トラック方向ケージオフセ� �トと呼ぶ。

 この場合も、図5に示すように、外輪33の� ��ラック溝32の奥側トラック溝32aの中心(曲率� ��心)O2は、継手中心面Pから継手開口側に軸方 向距離Fだけ離間し、かつ、継手中心軸線Xか� ��このトラック溝32に対して半径方向反対側� �半径方向距離frだけ離間した位置にオフセッ トされている。また、内輪36のトラック溝35� �開口側トラック溝35bの中心O1は、継手中心面 Pから継手奥部側に軸方向距離Fだけ離間し、� ��つ、継手中心軸線Xからこのトラック溝35に� ��して半径方向反対側に半径方向距離frだけ� �間した位置にオフセットされている。

 FとRtとの比R1(=F/Rt)が0.044≦R1≦0.087である� ��うに設定するとともに、frとRtとの比R3(=fr/Rt )が0.07≦R3≦0.19であるように設定する。また� ��ケージ38の外球面中心O4(外輪33の内径面中心 )又はケージ39の内球面中心O3(内輪36の外径面� ��心)と継手中心面Pまでの軸方向距離をfcとし 、トルク伝達ボール37の中心Obから継手中心� �線Xまでの距離をRとしたとき、fcとRとの比R2( =fc/R)が0.01以下とする。なお、図4と図5に示す 固定型等速自在継手の他の構成は前記図1と� �2に示す固定型等速自在継手と同様であるの� ��、それらの説明を省略する。

 第1の実施形態や第2の実施形態のように、� �径方向にオフセットしている構造は、従来� �よりさらに小さいオフセット量まで作動性� �良好となる。これは、主に隙間により発生� �る内輪36の継手中心Ojからのズレ量が従来品� ��比べ小さいためである。このことは、本発� ��品は従来品よりトラック溝が継手中心軸線X より半径方向外側に位置していることに起因 して、作動角を取った状態での8個のトラッ� �荷重の発生するトラックの箇所
が従来品と開発品で異なっており、このこと から内輪36を支えるボールの位置関係の違い� ��より内輪36のずれる方向及びずれる量が異� �ってくるためである。

 次に前記比R1(=F/Rt)の最適範囲について説� ��する。図6に示すように、捩りトルクなしと して作動角方向に作動角-20°から+20°までシ� �フトを折り曲げる。すなわち、折り曲げた� �きの作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値に� �して機構解析により算出した。

 この場合、継手内部隙間については、ボ� ��ル37と内輪36のトラック溝35及びボール37と� �輪33のトラック溝32の隙間量は、通常この種� ��固定型等速自在継手において量産されてい� ��ものの隙間とした。なお、外輪33の内球面(� ��径面)31とケージ外球面隙間は、実際より小� ��い隙間とし、内輪36の外球面(外径面)34とケ� ��ジ内球面38bとの隙間は通常のものより大き� ��隙間量とした。また、ケージ38の窓部39とボ ール37間についても通常の負の隙間よりも小� ��い負の隙間としている。すなわち、作動角� ��向の折り曲げ抵抗トルク値が発生し易い、� ��動性が悪くなる条件としている。

 図7に半径方向にオフセットしていない従 来構造の8個ボール(トラック中心方向にケー� ��オフセットしている)の前記解析結果を示し ている。図7において、細線がR1を0.070とした� ��合を示し、太線がR1を0.078とした場合を示し 、中線がR1を0.087とした場合を示している。� �の図7からわかるように、R1を0.070とした場合 と、R1を0.078とした場合とにおいて、作動角� �+7.5°付近からトルク値が立ち上がり+13°でピ ーク値が確認される。また、解析結果からR1� ��が0.087のときはトルクは発生しておらずス� �ースに作動しており、R1値が小さくなると折 り曲げ抵抗トルクが増加する。すなわち、こ の解析条件の隙間の従来品は、R1値が0.087ま� �は作動性が良好であるが、それより小さく� �ると作動性が悪くなる。

 次に図8は、同じ隙間条件で本発明品につ いてR1値を可変し、R1値に対する前記解析か� �最大トルク値を従来品と比較した結果を示� �ている。図8において、実線は従来品(半径方 向にオフセットさせないトラック溝で、ケー ジオフセット形状のもの)を示し、1点鎖線は� ��記図1に示す本発明品(本発明品Aと呼ぶ)を示 し、破線は図4に示す本発明品(本発明品Bと呼 ぶ)を示している。従来品は図14に示すように 、トラック方向ケージオフセットタイプであ り、R2=0.0096とし、R3=0としている。また、発� �品Aは図1に示すように、ケージオフセット無 しタイプであって、R2=0とし、R3=0.167としてい る。発明品Bは図4に示すように、反トラック� ��向ケージオフセットタイプであり、R2=0.0095� ��し、R3=0.167としている。

 このように、本発明品である半径方向に� ��フセットしている構造は、従来品よりさら� ��小さいオフセット量まで作動性が良好とな� ��。これは、主に隙間により発生する内輪の� ��ョイント中心からのズレ量が開発品は従来� ��に比べ小さいためである。このことは、発� ��品は従来品よりトラックが中心軸より半径� ��向外側に位置していることに起因して、作� ��角を取った状態での8個のトラック荷重の発 生するトラックの箇所が従来品と開発品で異 なっているためである。すなわち、内輪を支 えるボールの位置関係の違いにより内輪のず れる方向及びずれる量が異なってくるためで ある。

 解析結果からAタイプ(発明品A)よりもBタ� �プ(発明品B)のほうがより小さいR1値まで作動 性が良好となることがわかる。そして、本発 明品Aでは、R1として0.061以上が作動性良好と� ��うことができ、本発明品Bでは、R1として0.04 5以上が作動性良好ということができる。

 次に、常用角(6°)での耐久試験条件のと� �の外輪33のトラック深さの値を図9と図10に示 す。図9はR1と外輪33のトラック深さとの関係� ��示し、この図9において、●はケージオフセ ット無しのAタイプであり、R2=0とし、R3=0.167� �し、特に、○はR1=0.087である(つまり、A2タイ プである)。■は反トラック方向ケージオフ� �ットのBタイプであり、R2=0.0095とし、R3=0.167� �し、特に、□はR1=0.071である。▲はケージオ フセット無しのAタイプであり、R2=0とし、R3=0 .221とし、特に、△はR1=0.096である(つまりA1タ イプである)。図9において、*は従来品を示し ている。この従来品は、R1=0.087であり、R2=0.00 96であり、R3=0である。

 図10はR3と外輪33のトラック深さとの関係� ��示し、この図9において、○はA2タイプであ� ��、R3=0.167であり、R1=0.087であり、R2=0である� �▲はAタイプであり、R3=0.221であり、R1=0.087で あり、R2=0である。

 常用角(6°)においては、R1値が小さいほど トラック深さが深くなり、またR3値が小さい� ��どトラック深さが深くなる。尚、Bタイプ(� �ージオフセット品)は、小さいR1値が採れる� �とから有利である。ここでトラック深さと� �、回転状態で継手内部力解析を、大きいト� �クの常用角(作動角6°)耐久条件で行い、一回 転中でトラック内を軸方向および接触角α方� ��に移動するボールの接触楕円51が最も球面� �近づく位置でのボール接触点から球面まで� �距離L(図3参照)である。

 常用角耐久試験では、特にトルクが大き� ��試験において、トラック上の荷重が大きい� ��とによりボール接触楕円51が大きくなり、� �輪33の内径面にこの接触楕円51がはみ出して� ��ッジロードから剥離が発生しており、耐久� ��の向上にはボール接触点から球面部までの� ��離Lは大きいほど耐久性は良くなる。

 次に図11は、常用角(6°)耐久試験条件での 解析結果からの外輪のPV値を示す。PV値は、� �ールとトラック間の滑り速度とトラック荷� �を乗じたものである。このPV値が小さいほど 耐久性は良くなる。解析結果からR1値が小さ� ��ほどPV値が小さくなる。しかし、R1値0.071以� ��ではPV値の減少は鈍化する。なお、Bタイプ( ケージオフセット品)は、小さいR1値が採れる ことから有利である。また、内輪36のPV値は� �R1値を小さくすることで外輪とは逆に大きく なる関係がある、このため、内輪36のPV値増� �による内輪耐久性の低下が懸念される。R1値 0.071では、内輪の不具合は認められていない� ��なお、図11における各■、□、▲、△、●� �○の発明品は図9に示す各■、□、▲、△、� ��、○と同じタイプの固定型等速自在継手を� ��している。

 次に図12は、作動角46°でトルク250Nmを負� �したときの解析結果からのトラック深さを� �している。図12において、□は反トラック方 向ケージオフセットのBタイプであり、R1=0.071 であり、R2=0.0095であり、R3=0.167である(つまり 、B1タイプである)。●はケージオフセット無 しのAタイプであり、R1=0.087とし、R2=0とし、� �に、○はR3=0.167である(つまり、A2タイプであ る)。▲はケージオフセット無しのAタイプで� ��り、R1=0.096、R2=0とし、特に、△はR3=0.221で� �る(つまりA1タイプである)。

 このように、作動角46°においては、R3値� ��大きいほどトラック深さは深くなり、またR 1値については小さいほどトラック深さは深� �なる。R1値0.087では、R3値が0.07になると従来� ��同等の深さとなる。

 なお、従来品と前記各発明品のタイプ別のR 1、R2、R3の値、およびケージオフセットの種� ��を表1に示した。また、従来におけるR1、R2� �R3も、比R1(=F/Rt)であり、比R2(=fc/R)であり、比 R3(=fr/Rt)である。

 前記図7から図12から分かるように、R1の� �適の範囲では、Aタイプでは、0.061~0.087であ� �、Bタイプでは、0.044~0.087である。この場合� �下界値は、図8から分かるように、作動性の� ��界値である。上限値は、後述する常用角耐� ��試験結果及びトラック深さが従来品以上に� ��保できる範囲である。特に、Aタイプでは、 0.061~0.071とし、Bタイプでは、0.044~0.071とする� ��がさらに好適な範囲となる。これは、図11� �ら、PV値が従来品以下となる範囲としている 。この上限範囲とすることでさらにトラック 深さが大きくなりさらに耐久性が向上する。

 R2としては0.01以下が好ましい。R2が0.01を� ��えると、ケージ38の開口側(継手開口側)の肉 厚が薄くなり、強度が低下するおそれがある からである。

 R3としては0.07~0.19が好ましい。すなわち� �図12から分かるように、好適なR1値の0.087に� �いて、トラック深さを従来品なみに確保で� �る範囲の0.07以上とする。また、後述する常� ��角耐久時のトラック深さから従来品並みに� ��保できる0.19以下とする(図10参照)。特に、R3 を0.15~0.19とするのがより好ましい。0.15は、� �12における本発明品A1のトラック深さのレベ� ��をR1=0.087に対応するR3値としたものである。

 本発明では、外輪33のトラック溝32の中心 (曲線部の曲率中心)に半径方向オフセットを� ��けることにより、半径方向オフセットを設� ��ない場合に比べて、トラック溝32の継手奥� �側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そ� �ため、トラック溝32の継手奥部側壁部の剛性 が増大することになる。このため、継手が高 作動角を取って、トルク伝達ボール37がトラ� ��ク溝32の継手奥部側に寄った位置でトルク� �伝達する場合、トラック溝32の継手奥部側壁 部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角 域での継手の捩り強度が向上する。また、高 作動角域でのトルク容量が増大する。ここで 、トルク容量とは、継手がある作動角を取り つつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボー ル37とトラック溝32との接触部の接触楕円の� �部が、トラック溝32のエッジ線と重なるトル クである。

 このように本発明では、高作動角時にお� ��て外輪奥側のトルク容量が増えるため、ト� ��ック溝壁面の剛性が向上し、トラックエッ� ��部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する� ��高作動角時において外輪奥側のトラック深� ��が増えるため、乗り上げトルクが向上し、� ��ッジロードが減少し、高作動角での耐久性� ��向上する。常用角では、従来並みのトラッ� ��深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそ� ��以上となる。特にR1=0.071以下とするとトラ� �ク深さはより深く、PV値も低くなり耐久性が 向上する。このように、この固定型の等速自 在継手では、高い耐久性要求に適用できるの でサイズダウンが図れ、軽量となり、また低 コスト化にもなる。また、R1=0.087以下として� ��来品より低い値とすると、軸方向のボール3 7からケージ38への荷重および、ボール37の半� ��方向移動量が減少するなどにより効率が向� ��する。このため、本発明の固定型等速自在� ��手は自動車のドライブシャフト用に最適と� ��る。

 以上、本発明の実施形態につき説明した� ��、本発明は前記実施形態に限定されること� ��く種々の変形が可能であって、例えば、軸� ��向オフセット量、径方向オフセット量、ケ� ��ジオフセット量等は、R1、R2、及びR3が前記� ��適な値となる範囲で任意に設定できる。ま� ��、半径方向オフセットによる作動性の向上� ��よりR1値を低く設定できることから、ケー� �38の外球面中心O4を継手中心Ojよりも外輪33の トラック溝32の中心O2側に配置するとともに� �ケージ38の内球面中心O3が継手中心Ojよりも� �輪36のトラック溝35の中心O1側に配置するも� �であってもよい。本発明にかかる固定型等� �自在継手は、ドライブシャフト用に限るも� �ではなく、プロペラシャフト、さらには他� �各種の産業機械の動力伝達系に使用できる� �なお、図1に示す固定型等速自在継手であっ� ��も、図4に示す固定型等速自在継手であって も、トラック溝32,35の曲線部を単一円弧とし� ��いるが、複数の円弧でもって形成してもよ� ��。曲線部を単一円弧であれば、加工が容易� ��製造コストが安価となる利点がある。